Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

 

Biotechnische Herstellung von Bernsteinsäure aus Reststoffen der Landwirtschaft (BIOBST)

Anschrift
Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei - Institut für Agrartechnologie
38116 Braunschweig
Bundesallee 50
Kontakt
Dr. Ulf Prüße
Tel: +49 531 596-4270
E-Mail: ulf.pruesse@thuenen.de
FKZ
22036214
Anfang
01.09.2015
Ende
15.10.2018
Aufgabenbeschreibung
Ziel des beantragten Projektes ist die Entwicklung und Bewertung eines neuartigen und wirtschaftlichen Verfahrens zur biotechnischen Produktion von Bernsteinsäure aus Roh- bzw. Reststoffen der Landwirtschaft z.B. Glycerin, Kaff oder Pressrückständen. In Vorversuchen mit einem Bodenisolat wurden unter nicht optimierten Bedingungen bereits vielversprechende Ergebnisse erhalten. Die Kultur ist daher hochinteressant für die industrielle Verwendung komplexer Substrate, wie Reststoffe der Landwirtschaft oder nachgeschalteter Industriebereiche. Die Wachstumsansprüche und Stoffwechselwege, die zur Bernsteinsäure führen, sind dabei genauer zu untersuchen. Die Charakterisierung des Stammes sowie die Optimierung des Produktionsprozesses finden im 50 mL bis 6 L Maßstab statt. Bei den verwendeten Kultivierungssystemen handelt es sich um Laborglasflaschen, sowie verschiedenen Bioreaktoren.
Ergebnisdarstellung
In dem Projekt wurde ein bisher unbekannter Bodenorganismus für die biotechnologische Produktion von Bernsteinsäure unter Verwendung von Glycerin und einer Carbonatquelle (Magnesiumcarbonat und Natriumcarbonat) untersucht. Bei dem Bodenbakterium wurde herausgestellt, dass es sich um eine nicht trennbare Mischkultur handelt. Für die Bildung der Bernsteinsäure wurde in diesem symbiontischen Zellverband ein neuer Organismus, der zur Gruppe der Actinomyceten gezählt wird, ausgemacht. Unter mikroaerophilen Bedingungen bildet dieser im Satzbetrieb Bernsteinsäure mit 87 g/L als Hauptprodukt bei einer Ausbeute von 0,9 g/g und einer maximalen Produktivität von 0,66 g/(L·h). Ein mikroaerophiles Milieu wird durch die Kultivierung in Schottflaschen mit einer Kanüle und einem Septum im Deckel gewährleistet. Eine geringe tägliche Luftzufuhr wird zusätzlich durch einmalige Probenahme gewährleistet. Dabei sollte das Arbeitsvolumen in den Schottflaschen 50 % vom Gesamtvolumen der Flaschen entsprechen. Durch Supplementierung von Asparaginsäure, Glutaminsäure und Phenylalanin sowie des B-Vitamins Pantothensäure wird die Produktion begünstigt. Im Bioreaktor wurde sowohl mit Magnesiumcarbonat, als auch mit Natriumcarbonat als Puffer gearbeitet. Es konnte eine geeignete Begasungsstrategie gefunden werden. Die Prozessparameter pH-Wert, Temperatur, Rührerdrehzahl, Redoxpotential, sowie der Einfluss der initialen Glycerinkonzentration wurden überprüft. Im Zulaufverfahren wurde eine Bernsteinsäureendkonzentration von 133 g/L erreicht. Bei wachstumsentkoppelter Produktion erreichen Ausbeute und Produktivität 1,15 g/g bzw. 0,39 g/(L·h).

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